[实用新型]一种提高带宽且降低噪音的基于集成运放的前置放大电路

说明书

技术领域

本实用新型属于高带宽前置放大电路技术领域，具体涉及一种提高带宽且降低噪音的基于集成运放的前置放大电路。

背景技术

当前，随着高速、高精度纳米技术飞速发展，高带宽、低噪音前置放大电路的重要性日益凸显，如在高速成像扫描隧道显微镜(STM)研发方面。然而，目前的高带宽前置放大电路存在如下问题：(1)高带宽电路在放大有用信号的同时，必然会将该频段的噪音也一并放大，造成信噪比下降的恶果，即高宽带与低噪音难以兼容，通常不得不在高带宽与低噪音之间选择一个折中和妥协；(2)扫描隧道显微镜的反馈电阻很大，通常在1M~1GW之间，目前带宽的算法为：f_B=1/2pR_fC_f，因此即使反馈电阻自身小到不足1pF的寄生电容C_f也会对带宽有很大的限制，导致带宽的上限仅在约10kHz或者更低。为此，国际知名刊物《Nature》甚至在2007的文章 Nature 450,85 (2007)中发表了一个可以将STM前置放大电路带宽提高到10MHz的方法。但是该文章并没有给出原子分辨率的图像，说明该电路的信噪比不够高，即高带宽引入了强噪声。

截止目前，高带宽、低噪音的前置放大电路还没有一个很好的解决方案，成为纳米科技和高频电路应用等领域的一大难题。在项目批准号为11304082的国家自然科学基金《超快速扫描隧道显微镜的改进与应用》的支持下，本专利攻克了该难题，并测试到了很好的实验数据。

发明内容

本实用新型解决的技术问题是提供了一种提高带宽且降低噪音的基于集成运放的前置放大电路，该放大电路的技术方案克服了STM的大反馈电阻难以实现高带宽以及高带宽势必带来高噪音的难题，同时实现了高带宽、低噪音的理想效果。

本实用新型为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种提高带宽且降低噪音的基于集成运放的前置放大电路，其特征在于：负信号输入端V_in-与集成运算放大器OPA的反相输入端V_-之间设有相互并联的输入电阻R_in和输入电容C_in，负信号输入端V_in-与输入信号相连，集成运算放大器OPA的反相输入端V_-与集成运算放大器OPA的信号输出端V_out之间设有相互并联的反馈电阻R_f和反馈电容C_f，集成运算放大器OPA的同相输入端V₊通过正信号输入端V_in+接地或与参考电位相连。属于电压并联负反馈的连接方式。

本实用新型所述的一种提高带宽且降低噪音的基于集成运放的前置放大电路，其特征在于：负信号输入端V_in-与集成运算放大器OPA的反相输入端V_-之间设有相互并联的输入电阻R_in和输入电容C_in，负信号输入端V_in-接地或与参考电位相连，集成运算放大器OPA的反相输入端V_-与集成运算放大器OPA的信号输出端V_out之间设有相互并联的反馈电阻R_f和反馈电容C_f，集成运算放大器OPA的同相输入端V₊通过正信号输入端V_in+与输入信号相连。属于电压串联负反馈的连接方式。

进一步限定，所述输入电阻R_in和输入电容C_in的乘积等于反馈电阻R_f和反馈电容C_f的乘积。此时，在不考虑集成运放增益带宽积影响的前提下，那么放大电路的带宽将为无限大。

本实用新型结构简单，设计合理，能够同时实现提高带宽和降低噪音的双重效果，具有很大的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型中并联有输入电容C_in和反馈电容C_f的电压并联负反馈放大电路的原理图，图2是本实用新型对应于图1原理图得到的前置放大电路带宽数据，图3是本实用新型中并联有输入电容C_in和反馈电容C_f的电压串联负反馈放大电路的原理图，图4是本实用新型对应于图3原理图得到的前置放大电路带宽数据。